[发明专利]压力传感器芯片

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用输出与压力差相应的信号的传感器隔膜的压力传感器芯片，例如涉及在受到压力并位移的薄板状的隔膜上形成电阻应变仪，且根据隔膜上所形成的电阻应变仪的电阻值变化来检测出隔膜上施加的压力的压力传感器芯片。

背景技术

以往，作为工业用的差压变送器（信号变换器），使用装入了压力传感器芯片的压差发送器，该压力传感器芯片采用了输出与压力差相应的信号的传感器隔膜。这种差压变送器的结构为，通过作为压力传递介质的封入液将施加至高压侧以及低压侧的受压隔膜的各测量压力，引导至传感器隔膜的一面以及另一面，检测出该传感器隔膜的变形作为例如电阻应变仪的电阻值变化，将该电阻值变化转换成电信号并取出。

这种差压变送器例如被用于通过检测出石油精炼设备中的高温反应塔等储存被测量流体的密封罐内的上下两位置的压差来测量液面高度的时候等。

图8中示出了现有的差压变送器的概要结构。该差压变送器100将具有传感器隔膜（未图示）的压力传感器芯片1装入仪器壳体2而构成。压力传感器芯片1的传感器隔膜由硅、玻璃等构成，在形成为薄板状的隔膜的表面上形成有电阻应变仪。仪器壳体2由金属制的主体部3和传感器部4构成，在主体部3的侧面设有一对成为受压部的阻挡隔膜（受压隔膜）5a、5b，传感器部4中装入有压力传感器芯片1。

在仪器壳体2中，在被装入传感器部4中的压力传感器芯片1和设于主体部3上的阻挡隔膜5a、5b之间，通过由大直径的中心隔膜6隔离的压力缓冲室7a、7b分别连通，在连接压力传感器芯片1和阻挡隔膜5a、5b的连通路径8a、8b中封入有硅油等压力传递介质9a、9b。

此外，硅油等压力介质成为必要是为了防止测量介质中的异物附着到传感器隔膜上，使传感器隔膜不被腐蚀，因此有必要将具有耐腐蚀性的受压隔膜与具有应力（压力）灵敏度的传感器隔膜分离。

在该差压变送器100中，如图9的(a)中示意性地示出的稳定状态时的动作形态那样，阻挡隔膜5a上外加有来自加工过程的第一测量压力Pa，阻挡隔膜5b上外加有来自加工过程的第二测量压力Pb。由此，阻挡隔膜5a、5b位移，该外加的压力Pa、Pb通过由中心隔膜6隔离的压力缓冲室7a、7b，经过压力传递介质9a、9b，分别被引导至压力传感器芯片1的传感器隔膜的一面以及另一面。其结果，压力传感器芯片1的传感器隔膜将呈现与该被引导的压力Pa、Pb的压差ΔP相当的位移。

对此，例如，当阻挡隔膜5a上施加过大压力Pover时，如图9的(b)所示，阻挡隔膜5a将加大位移，中心隔膜6为了吸收过大压力Pover而随之位移。并且，阻挡隔膜5a将着底于仪器壳体2的凹部10a的底面（过大压力保护面），如果该位移被限制的话，通过阻挡隔膜5a的向传感器隔膜的该程度以上的压差ΔP的传递将被阻止。在阻挡隔膜5b上施加过大压力Pover的情况下，也与在阻挡隔膜5a上施加过大压力Pover的情况一样，阻挡隔膜5b将着底于仪器壳体2的凹部10b的底面（过大压力保护面），如果该位移被限制的话，通过阻挡隔膜5b的向传感器隔膜的其以上的压差ΔP的传递将被阻止。其结果，因外加过大压力Pover而引起的压力传感器芯片1的破损、即压力传感器芯片1上的传感器隔膜的破损被防止于未然。

在该差压变送器100中，因为使仪器壳体2含有压力传感器芯片1，所以能够保护压力传感器芯片1使其免于暴露在过程流体等外部腐蚀环境中。但是，因为采取包括用于对中心隔膜6和阻挡隔膜5a、5b的位移进行限制的凹部10a、10b，通过这些来保护压力传感器芯片1使其免于遭受过大压力Pover的结构，所以无法避免其形状的大型化。

因此，提出了在压力传感器芯片上设有第一挡块构件以及第二挡块构件，通过使该第一挡块构件以及第二挡块构件的凹部与传感器隔膜的一个面以及另一个面对峙，来阻止外加过大压力时的传感器隔膜过度的位移，由此来防止传感器隔膜破损·破坏的结构（例如，参见专利文献1）。

图10中示出了采用专利文献1所示的结构的压力传感器芯片的概略。在该图中，11-1为传感器隔膜，11-2以及11-3为将传感器隔膜11-1夹持并接合的第一以及第二挡块构件，11-4以及11-5为与挡块构件11-2以及11-3接合的底座。挡块构件11-1、11-2和底座11-4、11-5由硅、玻璃等构成。